1、交换机用户电路话路测试器的设计111摘 要交换机用户电路是每个用户话机的独用设备，只为一个用户服务。随着人民生活水平的提高，电话用户数量不断增长、功能需求不断增多，用户电路的数量也随之增加、功能也越来越加强了。本文介绍了交换机用户电路的七种功能(BORSCHT)，针对其工作特点和工作原理，设计了一个简单的用户电路话路测试电路。该电路主要采用三个芯片：微处理器AT89S51、单路编译码滤波器MC145503和锁相环音频译码器LM567。文中着重介绍了各个芯片的技术特性、引脚功能、时序关系和典型连接电路等等。这个话路测试器通过AT89S51的控制，可以完成对交换机用户电路的检测。关键词： 用户电路
2、 AT89S51 LM567 MC145503AbstractThe subscriber circuit of an Exchanger only serves for a user, which is the equipment that each subscriber telephone uses alone. Along with the improvement of living standards, the quantity of telephone subscriber grows and the demand for function increases, then a sub
3、scriber circuit quantity also has a rapid increase, of which the function is also more and more strengthened.This paper introduces seven kinds of function of the subscriber circuit (BORSCHT), in view of its work characteristic, and designs an easy speech test circuit for subscriber circuit. This cir
4、cuit mainly uses three chips: the MicroController Unit AT89S51, the single path codec-filter MC145503 and the phase-locked loop audio decoder LM567.This paper mainly introduces those devices technical characteristic, pin function, time sequence relation and typical circuit and so on. This speech pat
5、h test circuit controlled by AT89S51 may complete the examination of the subscriber circuit of an Exchanger.Keywords: Subscriber circuit AT89S51 LM567 MC145503目 录第一章 绪论 11.1 引言 11.2 论文研究的意义 1第二章 程控交换机系统概述 22.1 自动电话交换机的分类 22.2 程控交换机简介 2第三章 数字交换机用户电路简介 43.1 用户模块基本结构 53.2 用户电路的功能 5第四章 硬件电路的选取 94.1 微处理器
6、AT89S51 94.2 集成锁相环音频译码器LM567 134.3 单路编译码滤波器MC145503 15第五章 系统设计 225.1 系统原理框图 225.2 硬件电路设计 225.3 软件流程图 25结 论 26参考文献 27致 谢 28第一章 绪论1.1 引言1876年是人类通讯史上具有划时代意义的一年，因为这一年贝尔发明了电话，它是以模拟信号的形式将人类语音进行传输，实现了双方在两地之间的通话。电话由于它的实用性迅速得以普及，随着电话数量的增加，为了使任意两个用户之间都能进行通话，1878年出现了人工交换机，1892年发明了自动交换机。随后交换机技术迅速提高，由布控交换机进而发展到今
7、天的程控交换机。随着时代的发展，目前的交换机系统逐渐融合ATM、无线通信、接入网技术、HDSL、ASDL、视频会议等先进技术。可以想象，今后的交换机系统，将不仅仅是语音传输系统，而是一个包含声音、文字、图像的高比特宽带传输系统，并深入到千家万户之中。IP电话就是其应用一例。世界上传统交换机厂商目前正努力研制，并通过与计算机厂商的合作和交流，来达到这一目的。程控用户交换机是电话通信网上的重要组成部分，它为本地网承担了大量单位内部间的话务量，减轻了本地网的话务量负荷，为本地网的通信建设起了十分重要的作用。其中，程控交换机的用户电路部分是与电话用户关系最密切的终端，它能否正常工作直接影响到用户的通话
8、质量。1.2 论文研究的意义由于国内通讯业的高速发展，引起市场对程控数字交换机的大量需求，同时伴随程控数字交换机的使用而产生的问题则是设备的测试、诊断以及维护等相关问题，交换机的生产和使用都需要通信测试设备。同时，随着人民生活水平的不断提高，电话进入了千家万户，特别是上世纪90年代末期以来，电话用户数量呈几何式增长，伴随而来的则是同等数量用户电路的使用，用户电路的日常维护同样需要测试设备。并且，程控用户交换机在运行中所发生的故障，常见的基本上就是用户电路的故障，因此，用户电路的检测对于保障程控交换系统正常运行，对于保证广大电话用户正常通话十分重要。因此，有必要设计一个系统简单可靠、使用方便、低
9、成本的交换机用户电路话路测试电路，可以为交换机检修人员的使用提供方便，也可为广大科研人员在日常研究和设计中所使用。第二章 程控交换机系统概述最早的自动电话交换机是1892年11月3日投入使用的，是美国人史瑞乔发明的步进制自动电话交换机。经过一个世纪的技术革新和发展，在电子时代，尤其是半导体技术的迅速发展，人们在交换机内引入电子技术，出现了电子交换机。随后，微电子技术和数字技术的进一步发展，微电子处理器和半导体处理器的广泛使用，以及20世纪60年代脉冲编码调制(PCM)技术成功应用于传输系统，诞生了数字交换机，开始了数字交换的新时期。2.1 自动电话交换机的分类1.自动电话交换机从信息传递方式上
10、可分为：模拟交换机：对模拟信号进行交换。包括机电式交换机、空分式电子交换机和脉幅调制(PAM)的时分式交换机。数字交换机：对数字信号进行交换。这里的数字信号包括脉码调制(PCM)信号和增量(M)调制信号。2.从控制方式上可分为：布线逻辑控制交换机：简称布控交换机。指所有控制逻辑用机电或电子原件做在一定的印制板上，通过机架的布线做成。这种交换机的控制部件做成后便不易更改，灵活性很小。存储程序控制交换机：简称程控交换机。指用数字电子计算机控制的交换机，采用的是电子计算机中常用的“存储程序控制”方式。即把各种控制功能、步骤、方法编成程序，放入存储器后来控制整个交换机的工作，要改变交换机功能，增加新业
11、务，只要修改程序就可以了，这样提高了交换机的灵活性2。2.2 程控交换机简介程控交换机分为话路和控制两部分，其基本结构如图2.1所示1。其话路部分可以和现在运行的纵横制交换机的话路部分相比拟，而控制部分是一台数字电子计算机，包括中央处理机(CPU)、存储器和输入/输出设备。交换网络可以是各种接线器，也可以是电子开关矩阵（电子接线器）。它可以是空分的，也可以是时分的。交换网络由CPU送控制命令驱动。图2.1 程控交换机结构框图出中继电路和入中继电路时与其他电话交换机的接口电路。它传输交换机之间的各种通信信号，也监视局间通话话路的状态。用户电路是每个用户话机独用设备，只为一个用户服务。它包括用户状
12、态的监视和用户直接有关的功能等。在电子交换机，尤其是在数字交换机中，用户电路的功能越来越加强了。图2.1中的中继器和用户电路包括收号器都受中央处理器控制。可以说，程控交换机实际上是数字电子计算机控制的交换机。第三章 数字交换机用户电路简介数字程控交换机分成选组级（数字交换网络）和用户级（用户模块和远端模块）两部分。每一部分用自己的处理机进行控制，处理机之间通过通信信息进行联系。数字交换机的典型结构如图3.1所示。 图3.1 数字交换机系统结构用户级的主要任务是集中用户的话务量，然后通过用户级和选组级间的数字中继线送至选组级。如果将用户级的设备放到用户集中点，形成一个远端模块（或叫模块局），它和
13、选组级（叫做母局）之间也是通过数字中继线相连。这样大大提高了线路设备的利用率，节约了投资，传输质量也提高了。用户模块和远端模块之间的差别在于后者通过数字中继设备和选组级相连，而前者没有。这里数字中继设备的主要任务是码型转换和信号。用户模块和远端模块除了实现用户功能之外，还包含有交换网络（用户交换网络）以进行话务量的集中（或分散）。采用用户模块或远端模块带来很多好处；(1)节约线路投资，扩大了交换局服务范围；(2)提高了网络的灵活性；(3)改善了用户线的传输质量；(4)简化了用户进入高速数据通路的实现；(5)采用分级控制，提高了了整个控制系统的可靠性；(6)模块和选组级之间可以采用公共通道信号。
14、3.1 用户模块基本结构数字用户级分为用户模块和远端用户模块，它们结构基本一样，只是后者需远距离传输，多加一个PCM码型转换1。用户模块结构如图3.2所示，用户集线器主要包括一个由一级T集线器组成的交换网络。它负责话务量的集中（或扩散）；信号提取和插入电路，负责将处理机通信信息从信息流中提取出来（或插入进去）；网络接口则用于和数字交换网络的接口。图3.2用户模块结构此外，用户模块还包括扫描存储器，用于暂存从用户电路读取的信息；分配存储器则用于暂存向用户电路发出的命令信息。用户模块的用户端可接若干用户，其数量可从302048不等，随各交换机的设计而定。每一个用户分配一个时隙，在用户模块的输出端进
15、行集中，譬如集中到128个时隙。这样可以使得话务量向数字交换网络方向集中。3.2 用户电路的功能由于某些信号不能通过电子交换网络，因此就把某些过去由公用设备实现的功能移到电子交换网络以外的用户电路来实现，所以说用户电路的作用就是实现各种用户线与交换之间的连接。通常，用户电路又称为用户线接口电路(SLIC , Subscriber Line Interface Circuit)。根据交换机制式和应用环境的不同，用户电路也有多种类型，对于程控数字交换机来说，目前主要有与模拟话机连接的模拟用户线电路(ALC)及与数字话机，数据终端(或终端适配器)连接的数字用户线电路(DLC)。模拟用户线电路是适应模
16、拟用户环境而配置的接口，其基本功能有:1.馈电(Battery feed):：俗称为供电。馈电方式有电压馈电和电流馈电两种。所有连接在交换系统的终端，都是由交换机向其供电。在我国，馈电电压规定为48V或60V，国外设备为48V。如果用户线距离增长，还可能提高。通话馈电电流在20毫安50毫安之间。小型集团电话及部分进口集团电话的馈电电压在30V左右，馈电电流在20毫安60毫安之间，这就是为什么程控交换机比集团电话传输距离更远的原因之一。在机电式交换机的绳路中有一个馈电电桥，它向主、被叫用户提供通话直流。在数字交换机中由用户电路担负这一任务，但它只要向一个用户馈电就可以了，馈电电桥的基本结构如图3
17、.3所示：图3.3 用户馈电原理图2.过压保护(Overvoltage Protection): 用户线是外线，可能遭受雷电袭击，也可能和高压线碰撞。高压进入交换机内部就会毁坏交换机。通常在总配线架上对每一条用户线都装有保安器（气体放电管），它能保护交换机使其免受高压袭击，但是从保安器输出的电压仍可能达到上百伏，这个电压也不容许进入交换机内部。用户电路中的过压保护就是为了防止这个发生，称作二次保护。用户电路中的过压保护电路常采用钳位方法，如图3.4所示：。图3.4 过压保护电路图中由钳位二极管组成的电桥使得用户内线电压保持为负压（比如48V）。如果外线电压低于这个数值，则在R上产生压降，而内线
18、电压仍被钳住不变。必要时R可以采用热敏电阻，甚至可以采用自行烧毁的保护方式。3.振铃(Ringing)控制：由于振铃电压较高（国内规定为90V15V），这样由电子器件来实现比较困难，成本也很高，因此在不少程控数字交换机中还采用振铃继电器，由继电器接点控制向被叫用户话机馈送的铃流。4.监视(Supervision)： 通过监视用户线直流电流来监视用户线通/断状态，以检测话机的摘机，挂机，拨号脉冲等用户线信号，以及用户通话时的话路状态（即话终挂机监视），并且将信号转送给控制设备，以表示用户的忙闲状态和接续要求。5.编译码(CODEC & filters)和滤波： 利用编码和解码滤波器，完成话音信号
19、的模数与数模交换，以与数字交换机的数字交换网络接口。模拟信号变为数字信号由编码器(Coder)完成，而数字信号变为模拟信号则由译码器(Decoder)完成，它们统称为CODEC。目前常用单路编译码器，即对每个用户实行编译码，然后合并成PCM的相应时隙串，一般采用集成电路实现这一功能。同样也可以用集成电路实现编码前和译码后的滤波以及信号放大等功能。6.混合(Hybrid circuit)电路：进行用户线的2/4线转换，以满足编解码与数字交换对四线传输的要求。用户话机的模拟信号是二线双向的，但是PCM数字信号是四线单向的，因此在编码以前、译码以后一定要进行二线/四线的转换。过去这种功能由混合线圈实
20、现，现在改为集成电路，因此叫做混合电路。7.测试(Test)：提供测试端口，进行用户电路的测试。图3.5为测试功能示意图，电测试开关组成的功能是负责将用户线接至测试设备，以便对用户线进行测试，测试开关可以是电子开关也可以是测试继电器的接点，它们由软件控制。图3.5 用户线测试功能这七种功能常用第一个字母组成的缩写词(BORSCHT)代表。对于模拟程控交换机，不需要编解码功能；而在数字程控交换机中，除某些特定应用的小型交换机利用增量编码调制方式外，其他大部分均采用PCM编解码方式。除了上述七项基本功能之外，用户电路还具有极性转换、衰减控制、收费脉冲发送、投币电话机硬币集中控制等功能。数字用户线电
21、路是为适应数字用户环境而设置的借口，它主要用来通过线路适配器(LAM)或数字话机(SOPHO-SET)与各种数据终端设备如计算机、打印机相连。第四章 硬件电路的选取4.1 微处理器AT89S51AT89S51是美国Atmel公司生产的一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、可靠性高、开发较容易等特点。目前，在各种应用设计中，为实现测试和控制功能我们大多采用的是单片机AT89C51，不过，根据对现有市场情况的调查
22、发现，Atmel公司已经停产AT89C51，不再接受它的订单，取而代之的是AT89S51，停产的原因主要是成本问题，89S51在工艺上进行了改进，采用0.35新工艺，成本降低，而且将功能提升，增加了市场竞争力。AT89S51相对于AT89C51增加的新功能包括：1.ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是一个强大易用的功能。2.最高工作频率为33MHz，而89C51的极限工作频率是24M，就是说89S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。3.具有双工UART串行通道。4.内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时
23、器单元电路。5.双数据指示器。6.电源关闭标识。7.全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。8.兼容性方面：向下完全兼容51系列全部产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有以前的程序都可兼容，无论程序采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等，在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。技术总是要朝向进步的方向发展，因此，综合考虑以上社会调查情况以及成本等方面，顺应技术发展现状，在本设计中，采用AT89S51芯片来实现电路中的测试和控制功能。4.1.1 AT89S5
24、1的主要性能参数： 与MCS-51产品指令系统完全兼容； 4k字节在线系统编程（ISP）Flash闪存，1000次擦写周期； 4.0-5.5V的工作电压范围，全静态工作模式：0Hz33MHz； 三级程序加密锁； 1288字节内部RAM，32个可编程I/O口线； 2个16位定时/计数器，6个中断源； 全双工串行UART通道； 低功耗空闲和掉电模式； 看门狗（WDT）及双数据指针； 一个5向量两级中断结构； 掉电标识和快速编程特性； 灵活的在线编辑系统。4.1.2 AT89S51的引脚功能AT89S51向下完全兼容51系列全部产品，与8051、89C51等有相同的引脚排列顺序、时钟电路和复位电路，
25、并且有相同的指令系统，易于应用设计者开发使用。它的引脚功能3如图4.1所示：1、电源引脚。电源引脚接入单片机的工作电源。VCC(40脚)：接+5V电源；VSS(20脚)：接地。2、时钟引脚XTAL1、XTAL2。时钟引脚外接晶体与片内的反相放大器构成了一个振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。XTAL1(19脚)：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端。这个放大器构成了片内振荡器，当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端，在单片机内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即
26、把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。3、I/O口引脚(1)P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口，作为输出口用时，每脚可驱动8个TTL逻辑门电路。当P1口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低8位。在FLASH编程时，P0 口作为源码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出源码，此时P0外部必须被拉高。图4.1芯片AT89S51引脚(2)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器可驱动（吸收或输出电流）4个TLL逻辑门电路。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P
27、1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低8位地址接收。(3)P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可驱动（吸收或输出电流）4个TLL逻辑门电路，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高8位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接
28、收高8位地址信号和控制信号。(4)P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，P3口输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流）4个TLL逻辑门电路。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（TLL），这是由于上拉的缘故。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3
29、.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为Flash闪存编程和编程校验接收一些控制信号。4、控制引脚：(1)RST/VPD(9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。在单片机正常工作时，此引脚应为0.5V低电平。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFR AUXR的DISRTO位（地址8EH）可打开或关闭该功能。 DISRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。VPD为本引脚的第二功能，即备用电源的输入端。(2)ALE/ (30脚)：ALE为地址锁存允许信号，当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地
30、位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。当单片机上电正常工作后，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR 8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态，ALE禁止，置位无效。为本引脚的第二功能，在对片内EPROM型单片机编程写入时，作为编程脉冲输入端。(3)（29脚）：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出的
31、负脉冲作为读外部程序存储器的选通信号，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。当访问外部数据存储器时，没有两次有效的信号。(4) /VPP(31脚)：功能为内外程序存储器选择控制端。当保持低电平时，只访问外部程序存储器。4.2 集成锁相环音频译码器LM567集成锁相环音频译码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种，它设计精巧，电路简洁，良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性，在各种译码电路中得到了广泛的应用4。4.2.1 LM567的引脚功能锁相环音频译码器LM567采用8脚双列直插式封装，当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡
32、器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。其可调带宽从0%至14%，宽信号输出与噪声的高抑制，对假信号抗干扰，高稳定的中心频率，中心频率调节从0.01Hz到500kHz，电源电压5V15V，推荐使用8V。主要用于振荡、调制、解调和遥控编、译码电路。如电力线载波通信、对讲机亚音频译码、遥控等7。其内部结构和引脚功能如图4.2和图4.3所示：LM567的工作电压为4.759V，工作频率可达500KHz，静态工作电流仅8mA。第3脚是信号输入端，要求输入信号大于25mV。第8脚是逻辑输出端，从图4.2中可以看出，它是一个集电极开路的晶体管输出，具有最大为100mA的电流吸收能力。第5、6脚外接的电阻、电
